新疆天池能源南露天矿区绿色矿山建设思路研究

刘 亢， 孙 杰， 邹 卓， 张 莉， 黄少青

(中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039)

0 引言

我国能源以煤为主的基本国情和煤炭能源保障的极端重要性短期内不会改变。2021年12月，中央经济工作会议提出：要立足以煤为主的基本国情，抓好煤炭清洁高效利用，增加新能源消纳能力，推动煤炭和新能源优化组合。2022年3月5日，习近平总书记参加十三届全国人大五次会议内蒙古代表团审议时强调，要积极稳妥推进碳达峰碳中和工作，立足富煤贫油少气的基本国情，按照国家“双碳”工作规划部署，增强系统观念，坚持稳中求进、逐步实现，坚持降碳、减污、扩绿、增长协同推进。提高煤炭清洁高效开发利用水平，促进煤炭资源能源绿色转型，建设煤矿绿色矿山，是新形势下保证煤炭行业高质量发展的必由之路[1-4]。

我国绿色矿山建设起源于 2007 年的中国国际矿业大会，绿色矿山包含科学采矿、绿色采矿等内容，强调矿产资源开发全生命周期内科学开采的可行性和环境影响的可控性[5-6]。2016年前，原国土资源部公布的国家级绿色矿山试点名单中111家为煤炭企业。2020年5月，自然资源部开展2020年绿色矿山遴选，发布《绿色矿山评价指标》[7]，由第三方评估机构遴选评估，新增国家级煤矿绿色矿山62家。目前，国家级绿色矿山中煤矿数量达284家，其中新疆维吾尔自治区煤矿绿色矿山达7家[8-10]。

新疆天池能源南露天煤矿是国家核准的自治区首个千万吨级露天煤矿，获批国家工信部“5G+工业互联网”高质量网络和公共服务平台项目，在矿区绿化、固废处置、智能化等方面取得长足进步，达到绿色矿山的建设的标准。

1 矿区概况

南露天煤矿位于准东煤田大井矿区，为倾斜巨厚煤层赋存，平均厚度达 76.14 m，拥有资源储量33.8亿t，已通过自治区3 000万t/a的核定，是国家核准的自治区首个千万吨级露天煤矿，是新疆最大的露天煤矿。

南露天煤矿位于吉木萨尔县城北 100 km 处，行政区划属吉木萨尔县管辖，勘查区面积50.41km2。勘查区属天山-兴安岭地层区准噶尔盆地地层分区将军庙地层小区和东准噶尔地层分区克拉麦里地层小区，出露地层有古生界泥盆系、石炭系、二叠系、中生界三叠系、侏罗系、白垩系、新生界新近系、第四系。

南露天矿位于帐篷沟背斜东翼南部，地层呈一走向北东-东，倾向南东-南的单斜构造，倾角4°～15°；露头附近，煤层倾角较大，倾角41°～45°，局部倾角达到50°。整体上南露天矿为缓倾斜的简单单斜构造，沿走向和倾向产状变化不大。区内未发现破坏煤岩层的断层，属构造简单类型。

西山窑组为勘查区内主要含煤岩组，共含煤1～9 层，平均总厚68.47 m，纯煤平均总厚67.11 m，按西山窑组地层平均厚度118.09 m计，含煤系数为56.83%。其中可采的4 个编号煤层累计可采总厚69.25 m。煤层产状平缓，倾角3°～20°，煤层埋藏深度为0～590.43m，适宜露天开采。

各煤层煤为低-高水分、特低-低灰、中高挥发分-高挥发分，中-高发热量，含油，气化指标较好的31号不黏煤，个别为41 号长焰煤，可作为良好的工业动力发电、火力发电、民用煤，也可作为化工用煤[11-12]。

2013年，新疆天池能源有限责任公司对南露天天池能源勘查区进行了首采区及先期开采地段的规划。先期开采地段位置在勘查区西北部煤层露头区，地表长4.70km、宽4.05km、面积13.03km2(图1)，段内可采资源储量为743.41Mt，服务年限为25a。首采区选择在先期开采地段境界内，煤层埋藏浅、剥采比小、基建工程量小、外部联络方便的南部。首采区地表长 4.05km、宽 2.81km、面积 8.07 km2[13-14]。

图1 南露天勘查规划Figure 1 Open-air prospecting planning of south open-pit coal mines

2 开发现状

南露天煤矿建设规模为 30Mt/a，2009年开始基建剥离，工作线长度约为1 000m，年推进度约为280m。2019年之前，自北向南在首采区纵向开采，沿煤层底板降深，底帮为北帮，工作帮为南帮，端帮为东西两帮。2019 年底，完成采区直角转向之后，工作帮为东帮缓帮，端帮为南北两侧帮，排土场建立在原西帮边坡内[15-16]。2020 年，已实现剥离物全部内排，北帮为顺倾边坡，以坑内半固定破碎站+带式输送机形式，布置3套采煤半连续系统。南帮为逆倾边坡，坑底标高为340m，煤台阶共4个，内排土场台阶高度30m，台阶坡面角33°，最小工作平盘宽度75m。南露天矿首采一区的剥离工作已基本完成，工作帮上部台阶已局部到界，下一步的工作以降段采煤和工作帮陡帮作业为主。首采一区开采完成之后，向首采二区转向，推进方向由东南转向东北，具体的采区划分如图2 所示[17-19]。

图2 南露天煤矿采区分布[17]Figure 2 Distribution of mining area in south open-pit coal mine [17]

3 煤矿绿色矿山现状

2016年前，原国土资源部公布的661家国家级绿色矿山试点名单中，111家为煤炭企业。2020年，自然资源部印发 《绿色矿山评价指标》和《绿色矿山遴选第三方评估工作要求》。根据指标要求进行第三方评估，新增国家级绿色矿山301家，其中煤矿62家，目前国家级绿色矿山中煤矿达284家[20-21]。

《绿色矿山评价指标》根据自然资源部发布的9项行业标准而制定，分为先决条件和评分指标。其中，先决条件包括5项指标，评分指标包括一级指标6项、二级指标21项、三级指标100项。由第三方评估机构遴选评估，参选矿山需满足所有先决条件，方可进入打分评价环节。各项指标加和得出评估最终得分，原则上进入遴选名单的矿山不低于800分，且各一级指标原则上不低于该级指标总分值的75%[22-23]。

目前，新疆维吾尔自治区国家级绿色矿山中煤矿的数量达7家[24-26]，分别为新疆宜化矿业有限公司新疆准东五彩湾矿区一号露天煤矿、国网能源哈密煤电有限公司哈密大南湖一号矿井、新疆疆纳矿业有限公司伊吾县萨依苏兴盛煤矿、新疆神华天电矿业有限公司宽沟煤矿、新疆一成投资有限公司新疆拜城矿区一成煤矿、新疆准东西黑山矿区中联润世露天煤矿一期、伊吾广汇矿业有限公司白石湖露天煤矿(表1)。

表1 2020年度新疆维吾尔自治区绿色矿山名单Table 1 List of Xinjiang green mines in 2020

4 绿色矿山建设探析

4.1 矿区环境

绿色矿山建设矿区环境指标包括矿容矿貌、矿区绿化等方面内容。在矿区绿化方面，南露天煤矿建起全疆首套直装式筛分楼和室内分流站，全过程生产环节煤不落地，降低环境及土壤污染。南露天矿所属天池能源公司在矿区各区域种植树木45万余株，绿化面积达38.67hm2。南露天矿制定了绿化规划，绿化面积19.07hm2。2020年南露天煤矿被评为国家3A级旅游景区。

4.2 资源开发方式

绿色矿山建设资源开发方式指标包括资源开采、选冶加工、矿山环境恢复治理与土地复垦、环境管理与监测等。在土地复垦方面，南露天煤矿编制了土地复垦方案。在环境管理与监测方面，南露天煤矿对外排土场、采掘场制定了生态修复计划，生态恢复物种以沙生植被为主；工程施工期间，控制施工及开采范围，减少了对地表植被和砾幕的扰动；制定了地下水动态监测计划，开展了地下水跟踪监测工作。

4.3 资源综合利用

绿色矿山建设资源综合利用指标包括伴生资源综合利用、综合利用、固废处置与综合利用、废水处置与综合利用等。在固废处置与综合利用方面，南露天煤矿剥离物中基本无煤矸石，剥离物全部排入外排土场；生活垃圾清运至准东经济技术开发区生活垃圾填埋场集中处理；废机油委托有资质的单位处置；锅炉炉渣运至当地砖厂制砖。在废水处置与综合利用方面，南露天煤矿建设了一座处理能力为360m3/d的矿坑水处理站，矿坑水经处理后全部回用于地面洒水降尘、矿区绿化；建设了一座处理能力为500m3/d的生活污水处理站，生活污水经处理后全部回用于矿区洒水降尘。

4.4 节能减排

绿色矿山建设节能减排指标包括节能降耗、废气排放、废水排放、固废排放、噪声排放等方面。在固废排放方面，南露天煤矿采用封闭式原煤仓，对散装物料和出矿拉煤车辆加盖篷布，配备了洒水车洒水降尘，原煤地面生产系统的破碎站、转载站、给煤机等安装了布袋除尘器，在封闭输煤廊道内安装了喷雾洒水降尘装置；工业场地锅炉烟气经脱硫除尘后通过50m高烟囱排放。在噪声排放方面，南露天煤矿在工期、运营期合理安排了施工、采煤时间，爆破采用微差爆破技术；选用了低噪声设备，对筛分破碎设备、锅炉房鼓引风机等高噪声源采取了隔声、减振、消声等措施。

4.5 科技创新与智能矿山

科技创新、智能矿山方面，南露天矿建立了5G智能化综合调度指挥中心，于2020年10月30日获批国家工信部“5G+工业互联网”高质量网络和公共服务平台项目。规划建设5G基站55个，并应用于5G+机器人智能巡检、5G+无人驾驶、5G+视频AI风险智能感知、5G+无人机智能巡检等30余个典型场景。其中，火灾预警系统由6组55倍双光谱热成像摄像头组成，可以全天候对全矿煤层进行自动巡查捕捉，如果发现煤层出现高温等异常情况，预警系统就会报警。露天煤矿综合预警平台由2.1万个实时数据测点、511路视频监控以及8个信息化模块构成，共有风险管理、隐患管理、网格化管理、报警管理等17个功能模块，可实现环境信息、设备温度、振动、电流、电压及煤炭产量、运量、销量等数据统一存储、管理和分析。该平台于2021年8月完成二期建设，目前已稳定运行10个月。

5 讨论

5.1 未采区绿色矿山建设规划

二采区和三采区可围绕煤矿区开发利用全生命周期，进行绿色矿山建设规划，实现“少扰动，高利用，低排放，快复垦”。南露天矿区多荒漠，植被少，生态脆弱，干旱、风厉等气候条件恶劣，从资源、环境安全和农业生态角度对矿区环境进行承载力评价，根据矿区自然条件与开发建设特点，在煤炭开采前对整个矿区进行生态开采方式设计。基于已知区、相邻区钻探、物探、化探等成果资料，利用“地质大数据”，对矿区煤系矿产资源进行绿色评价、分级分质评价、特殊煤炭评价，煤系矿产资源组合类型及资源潜力评价等，提出适宜性综合开发模式。

5.2 伴生资源综合利用

南露天矿普、详查工作中对部分钻孔中煤样进行了光谱半定量分析，煤中金属元素有锗、钒、铬、钴、镍、铜、锌、镓、镉、铅、钼、锶、硼13 种，在各煤层中均程度不同地伴生，部分已达工业品位。在以往煤炭地质勘查工作中，对煤系矿产资源综合勘查和综合评价重视不够，许多与煤共伴生的其他矿产资源，尤其是煤层中及邻近煤层的围岩中所蕴含的矿产资源，需研究合理的煤与煤中伴生金属矿产资源勘查开发利用方案，充分利用煤炭资源，保障战略性矿产资源。

5.3 生态环境修复治理

南露天矿位于卡拉麦里山南麓，处于卡拉麦里国家野生动物自然保护区的周边，距保护区边界约5km。地势总趋势呈北高南低的缓倾斜坡，海拔59～695m，最大相对高差100 m。地貌形态为残丘状的剥蚀平原，地表植被稀少，生长有耐旱的红柳、骆驼刺等矮灌木。地表无常年水流，夏季降雨形成的暂时性水流大多向南排泄于沙漠中，部分在低洼地汇集蒸发，形成平坦的淤积泥板地。在开采过程中，需增强对野生动植物的保护意识，维护自然生态平衡。采后需进行工程治理、生态修复和生物修复，修复被破坏的土地、植被、景观、生物群落等，采用微生物修复技术、细菌修复技术等，以减少水土流失，修复土壤基质。